鎳的替代對鋰離子電池材料LiMnTiO4性能的影響

新一代化學能鋰離子二次電池，由于具有能量密度高、功率密度大、電壓高、自放電率低、無記憶效應、重量輕、無污染等獨特優點，迅速成為最有前途的新型電池。鋰離子電池的正極材料將直接影響鋰離子電池的性能。目前，商業化的陽極材料包括LiCoO2層、lini1/3co1/3mn1/3O2、橄欖石LiFePO4和尖晶石LiMn2O4。尖晶石LiMn2O4具有原料便宜、無毒、高壓平臺等優點。但在充放電循環中其容量容易衰減，重要是由于以下原因:1)電解液表面Mn3+歧化反應和酸蝕導致錳的溶解，導致Mn2+溶解到電解液中，導致容量損失;2)Mn3+引起的jahn-teller效應。姜泰勒效應導致立方相的轉換與相的晶體結構、晶格參數的提高c/一個值,和大型結構的收縮和擴張,阻礙了鋰離子傳輸通道,破壞了尖晶石晶格,和放松顆粒之間的接觸,導致李+disentrainement的困難。

改善電極材料循環性能大致有兩種方法:一是表面的涂層陽極材料,重要在表面活性物質涂布一層氧化或氧化粒子,電解液和鋰離子電池正極活性物質之間的接觸面積小,減少電解液分解,提高材料在高溫下的循環壽命;二是摻雜改性，也稱內部結構改性。摻雜改性包括陽離子摻雜、陰離子摻雜和混合離子摻雜。例如，Geng等人用模板法將Al摻雜到limn1.5ni0.5o4中，發現Al可以增強材料的穩定性，提高材料的容量。LIU等人用B代替了LiMnPO4中10%(原子比)的P，顯著改善了電極的循環性能和高倍增器性能。適量的陰離子和陰離子al-f復合摻雜可以提高Li(ni1/3co1/3mn1/3)O2的結晶度，改善其層狀結構。

從而大大提高了其循環性能。

關于LiMn2O4材料，加入適當的元素可以穩定材料結構，抑制錳的溶解，抑制jahn-teller效應。近年來研究發現[8-9]，Ti4+通過取代LiMn2O4中的Mn4+，可以有效抑制jahn-teller效應。Ti?O鍵鍵能為662kJ/mol,高于Mn?O鍵的402kJ/mol,能形成更穩定的[Mn2-xTix]O4結構,從而抑制Jahn-Teller效應。Inaddition,Ti替換可以恢復部分Mn3+Mn2+,減少Mn3+的濃度導致姜泰勒effect,,提高放電容量而抑制姜泰勒effect,但與理論放電capacity.仍有差距在尖晶石LiMn2O4的研究中發現，Ni置換Mn(LiMn1.5Ni0.5O4)提高了電極材料的放電容量和循環穩定性[10-11]。為了提高LiMnTiO4的放電容量，采用溶膠-凝膠法制備了LiMnTiO4(x=0,0.1,0.2,0.3)，并結合固相反應研究了Ni取代對LiMnTiO4電化學性能的影響。

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結論

1)Ni置換沒有改變LiMnTiO4的尖晶石結構和形態特點，Ni置換也沒有出現與置換元素相關的異相。

Ni用來代替Mn。替換的數量不應該太多。假如取代量過大，電極材料的充放電能力會明顯下降。

3)當Ni取代量為0.1時，LiMnTiO4的電化學性能得到明顯改善。48個循環后，LiMn0.9Ni0.1TiO4的放電容量為162.8mah/g，容量保留率為82.7%。這重要是由于鎳取代后氧化還原過程中電極極化降低，有利于電化學反應。